DE2618060C2

DE2618060C2 -

Info

Publication number: DE2618060C2
Application number: DE19762618060
Authority: DE
Inventors: Rainer Dr.-Ing. 7000 Stuttgart Thimm
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1976-04-24
Filing date: 1976-04-24
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2618060B1

Description

Rc = Rc =

²² R2 (R2 (

Il \Il \

und der /weile zusätzliche Widerstand Wertand the / while additional resistance value

22 \ ei t- /(<·.„ / \ ei t- / (<·. "/

hat, wobeihas, where

/i. die Gleichspannungsverstärkung der Opera tionsverstärker,/ i. the DC voltage gain of the Opera tion enhancer,

(I)(I die3-dB-Kreisfrequenz,(I) (I the 3 dB angular frequency,

οι die Betriebs-Kreisfrequenz undοι the operating angular frequency and

R 2 der gemeinsame Wert des ersten (R 2) und zweiten Widersiandes (R 3) ist. R 2 is the common value of the first (R 2) and second contradiction (R 3).

3. Vierpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den freien Anschluß (1) der ersten Reihenschaltung (R 1, R 2) und Masse ein Kondensator (C5) geschaltet ist.3. Quadrupole according to claim 1 or 2, characterized in that a capacitor (C 5) is connected between the free connection (1) of the first series circuit (R 1, R 2) and ground.

4. Vierpol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den freien Anschluß (3) der zweiten Reihenschaltung (RX CX) und Masse ein ohmscher V.'iderstand (R 5) geschaltet ist.4. Quadrupole according to claim 1 or 2, characterized in that an ohmic V resistor (R 5) is connected between the free connection (3) of the second series connection (RX CX) and ground.

Die Erfindung betrifft einen aktiven Vierpol mit zwei Operationsverstärkern, bei dein die auf Masse bezogene Eingangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers zugeführt und die auf Masse bezogene Ausgangsgröße dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Operationsverstärkers entnommen wird, wobei die Eingänge des ersten Operationsverstärkers durch eine erste Reihenschaltung aus zwei Widerständen und die Eingänge des zweiten Operationsverstärkers durch eine zweite Reihenschaltung aus einem Widerstand und einem Kondensator verbunden sind, derart, daß die invertierenden Eingänge an ohmschen Widerständen liegen und wobei der Verbindungspunkt der Elemente der ersten Reihenschaltung an den Ausgang des zweiten Operationsverstärkers und der Verbindungspunkt der Elemente der zweiten Reihenschaltung an den Ausgang des ersten Operationsverstärkers angeschlossen ist.The invention relates to an active quadrupole with two operational amplifiers, in which the one referred to ground Input variable fed to the non-inverting input of the first operational amplifier and the on Ground-related output variable taken from the non-inverting input of the second operational amplifier is, the inputs of the first operational amplifier through a first series circuit from two resistors and the inputs of the second operational amplifier through a second Series connection of a resistor and a capacitor are connected, so that the inverting Inputs are connected to ohmic resistors and being the connection point of the elements of the first Series connection to the output of the second operational amplifier and the connection point of the elements the second series circuit is connected to the output of the first operational amplifier.

Dieser Vierpol ist bekannt aus dem Aufsatz von D. G. H a i g h und R. J e f f e r s : »The Design of an Audio-frequency Active RC Bandpass Filter for a Specific Engineering Requirement«, The Radio and Elektronic Engineer Vol. 42, Nr. 8, August 1972, S. 373—380, insbesondere Fig. 5b, auf Seite 375. Es handelt sich bei diesem Vierpol um eine spezielle Ausführung eines allgemeinen Impedanzkonverters nach A η t ο η i ο u, der in der Literatur vielfach beschrieben ist.This quadrupole is known from the essay by D. G. H a i g h and R. J e f e r s: »The Design of an Audio-frequency Active RC Bandpass Filter for a Specific Engineering Requirement «, The Radio and Elektronic Engineer Vol. 42, No. 8, August 1972, pp. 373-380, in particular Fig. 5b, on page 375. It is This quadrupole is a special version of a general impedance converter according to A η t ο η i ο u, which is described many times in the literature.

Bei geeigneter Beschallung wird dieser spezielle Impedanzkonventer zur Realisierung von aktiven RC- Filtern verwendet. Dazu wird zunächst ein LC- Filter berechnet, das die gewünschten Dämpfungsanforderungen erfüllt. Mit Hilfe der Impedanzkonventer wird dieses Filter sodann in ein aktives umgesetzt. Dabei zeigt es sich, daß die Filter bei Frequenzen über 3 kHz aufgrund der nichtidealen Operationsverstärker, insbesondere aufgrund ihrer frequenzabhängigen Verstärkung, Randverzerrungen und eine zu hohe Grunddämpfung aufweisen. Durch Einführung von sogenannten parasitären Elementen in das Ersatzschaltbild lassen sich diese nichtidealen Eigenschaften der Operationsis verstärker erfassen.With suitable sound reinforcement, this special impedance conventor is used to implement active RC filters. To do this, an LC filter is first calculated that meets the desired attenuation requirements. With the help of the impedance conventer, this filter is then converted into an active one. It turns out that the filters at frequencies above 3 kHz, due to the non-ideal operational amplifiers, in particular due to their frequency-dependent gain, have edge distortions and too high a basic attenuation. By introducing so-called parasitic elements into the equivalent circuit, these non-ideal properties of the operational amplifiers can be recorded.

Aufgabetask

Es ist die Aufgabe der Erfindung, den bekannten Impedanzkoiwenter derart zu verbessern, daß die 4-j nichtidealen Eigenschaften der Operationsverstärker weitgehend kompensiert werden.It is the object of the invention to improve the known Impedanzkoiwenter so that the 4-j non-ideal characteristics of the operational amplifier largely compensated.

Lösungsolution

Die Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen angegebenen Mitteln gelöst.The object is achieved with the means specified in the claims.

Vorteileadvantages

Filter mit den erfindungsgemäß erweiterten Impedanzkonvertern haben Filterkurven ohne Randverzer-•so rungen und mit nahezu idealem Verlauf im Durchlaßbereich. Filters with the impedance converters expanded according to the invention have filter curves without edge distortion ments and with an almost ideal course in the passband.

Beschreibungdescription

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.The invention will now be explained in more detail with reference to the drawings, for example.

Es zeigtIt shows

Fig. 1 den bekannten Impedanzkonverter,Fig. 1 shows the known impedance converter,

Fig. 2 den erfindungsgemäß erweiterten Impedanzkonverter, 2 shows the impedance converter expanded according to the invention,

Fig. 3 den als »Superkondensator« beschalteten erfindungsgemäßen Impedanzkonventer,3 shows the impedance conventer according to the invention wired as a "super capacitor",

Fig.4 den als »Simulierte Spule« beschalteten erfindungsgemäßen Impedanzkonverter.4 shows the impedance converter according to the invention wired as a “simulated coil”.

Der in Fig. I gezeigte Impedanzkonverter ist ein Vierpol mit Eingangsklemmen I und 2 und mit Ausgangsklemmen 3 und 4, ferner mit 3 Widerständen R I, R 2, R 3 und einem Kondensator C4, die zwischen die Klemmen 1 und 3 in Reihe geschaltet sind.The impedance converter shown in Fig. I is a four-pole with input terminals I and 2 and with output terminals 3 and 4, also with 3 resistors R I, R 2, R 3 and a capacitor C4, which are connected between the terminals 1 and 3 in series .

Außerdem enthält der Vierpol zwei Operationsverstärker Vl und V2, deren eine Versorgungsspannungseingänge ebenso wie die Leitung 2-4 mit Masse verbunden sind, und deren andere Versorgungsspannungen + U_B und - Ub erhalten. Die Leitung 2-4 kann auch auf einem anderen Potential liegen, welches jedoch in jedem Falle das Mittelpotential der Versorgungsspannung der beiden Operationsverstärker sein muß. Die Eingangsspannung wird gegen Masse dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers Vl und dem Widerstand R 1 zugeführt. Die Ausgangsspannung wird wiederum gegen Masse dem Kondensator C4 und dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers V2 entnommen. Die invertierenden Eingänge der beiden Operationsverstärker sind mit dem Verbindungspunkt der Widerstände R 2 und R 3 verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers Vl liegt amIn addition, the quadrupole contains two operational amplifiers V1 and V2, one of whose supply voltage inputs, like the line 2-4, are connected to ground, and whose other supply voltages receive + U _B and -Ub. The line 2-4 can also be at a different potential, which, however, must always be the mean potential of the supply voltage of the two operational amplifiers. The input voltage is fed to the non-inverting input of the operational amplifier Vl and the resistor R 1 against ground. The output voltage is in turn taken to ground from the capacitor C4 and the non-inverting input of the operational amplifier V2. The inverting inputs of the two operational amplifiers are connected to the connection point of the resistors R 2 and R 3 . The output of the operational amplifier Vl is on

Rc =Rc =

Verbindungspunkt des Widerstandes R 3 mit dem Kondensator C4, der Ausgang des Operationsverstärkers V2 am Verbindungspunkt der Widerstände R 1 und R 2. Die Widerstände R 1 und R 2 sind gleich.Connection point of the resistor R 3 with the capacitor C4, the output of the operational amplifier V2 at the connection point of the resistors R 1 and R 2. The resistors R 1 and R 2 are the same.

> Erfindungsgemäß ist diese Schaltung, wie die F i g. 2 zeigt, um zwei zusätzliche Widerstände Re und Rg erweitert. Der Widerstand Re liegt zwischen den Widerständen R 2 und R 3 und gleichzeitig zwischen den invertierenden Eingängen der beiden Operations-> According to the invention, this circuit, as shown in FIG. 2 shows expanded by two additional resistors Re and Rg . The resistor Re lies between the resistors R 2 and R 3 and at the same time between the inverting inputs of the two operational

K) verstärker. Der Widerstand Rg liegt zwischen dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers Vl und Masse. Diese Widerstände ermöglichen eine weitgehende Kompensation der aufgrund der nichtidealen Operationsverstärker im Ersatzschaltbild desK) amplifier. The resistor Rg lies between the inverting input of the operational amplifier Vl and ground. These resistors enable extensive compensation for the non-ideal operational amplifiers in the equivalent circuit diagram of the

is bekannten Impedanzkonverters nach Fig. 1 auftretenden parasitären Impedanzen. Besonders vorteilhaft werden die Widerslände wie folgt bemessen:is known impedance converter according to Fig. 1 occurring parasitic impedances. The opposing areas are particularly advantageously measured as follows:

Dabei istIt is

μ die Gleichspannungsverstärkung der Operationsverstärker, μ is the DC voltage gain of the operational amplifiers,

did die 3-dB-KreisfrequenzderOperationsverstärker, (·) die Betricbs-Kreisfrequenz und R 2 der gemeins.i c Wert der Widerstände R 2 und Ri. did the 3 dB angular frequency of the operational amplifiers, (·) the operating angular frequency and R 2 the common value of the resistors R 2 and Ri.

Für gewisse Anwendungsfälle reicht es auch bereits, wenn die Widerstände nur ungefähr nach den angegebenen Ausdrücken bemessen sind.For certain applications it is already sufficient if the resistances are only approximately after the specified expressions are measured.

Die Fig. i und 4 zeigen nun Beschallungen, die den erweiterten in Fig. 2 gezeigten Vierpol zum Zweipol machen.FIGS. I and 4 now show sound systems which turn the expanded quadrupole shown in FIG. 2 into a two-pole.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Schaltung ist zwischen den freien Anschluß des Widerstandes R 1 und Masse ein Kondensator C5 geschaltet. Der Zweipol mit den Klemmen 3 und 4 zeigt nun das Impedanzverhalten eines sogenannten »Superkondensators«, dessen nichtideale Eigenschaften weitgehend kompensiert sind. Der Superkondensator hat eine Admittanz Y- -O)-¹D,In the circuit shown in Fig. 3, a capacitor C5 is connected between the free connection of the resistor R 1 and ground. The two-pole connection with terminals 3 and 4 now shows the impedance behavior of a so-called "super capacitor", the non-ideal properties of which are largely compensated for. The supercapacitor has an admittance Y- -O) - ¹ D,

wobei D eine positive Konstante ist, und wird daher auch als FDNR (Frequency Dependent Negative Resistor) bezeichnet.where D is a positive constant and is therefore also referred to as FDNR (Frequency Dependent Negative Resistor).

Bei der in Fig.4 gezeigten Schaltung ist zwischen den freien Anschluß des Kondensators C 4 und Masse ein Widerstand R 5 geschaltet. Der Zweipol mit den Klemmen 1 und 2, dessen nichtideale Eigenschaften durch die neuen Widerstände Re und Rg weitgehend kompensiert wird, zeigt näherungsweise das Impedanzverhalten einer idealen Spule mit der Impedanz Z=Jo)L In the circuit shown in Figure 4, a resistor R 5 is connected between the free connection of the capacitor C 4 and ground. The two-pole terminal with terminals 1 and 2, whose non-ideal properties are largely compensated for by the new resistors Re and Rg , approximately shows the impedance behavior of an ideal coil with the impedance Z = Jo) L

Wird der in Fig. 3 gezeigte Superkondensator und die in Fig.4 gezeigte simulierte Spule in bekannter Weise zum Aufbau aktiver WC-Filterschaltungen verwendet, so wird der Dämpfungsverlauf -i'eser Filter durch die Erfindung beträchtlich verbessert.If the supercapacitor shown in Fig. 3 and the simulated coil shown in Fig. 4 are known Way to build active toilet filter circuits is used, the attenuation curve -i'es filter is used considerably improved by the invention.

Für manche Anwendungsfälle genügt zur Kompensation beim Superkondensator bereits Re und bei der simulierten Spule Rg, d. h. Rg bzw. Re hat den Wert »unendlich«. For some applications, Re is sufficient for compensation in the case of the supercapacitor and Rg in the case of the simulated coil, ie Rg or Re has the value "infinite".

Hierzu 1 Iilatt ZeichnungenIn addition 1 lilatt drawings

Claims

Patent claims:

1.Active quadrupole with two operational amplifiers, in which the input variable referenced to ground is fed to the non-inverting input of the first operational amplifier and the output variable referenced to ground is taken from the non-inverting input of the second operational amplifier, the inputs of the first operational amplifier through a first series connection of two resistors and the inputs of the second operational amplifier are connected by a second series circuit of a resistor and a capacitor, in such a way that the inverting inputs are connected to ohmic resistors and wherein the connection point of the elements of the first series connection to the output of the second operational amplifier and the connection point of the elements of the second series circuit is connected to the output of the first operational amplifier, characterized in that a first additional ohmic resistor (Re) between the first (R 1, R 2) and second (R 3, C4) Re ihenschaltung and between the inverting inputs of the operational amplifier and / or a second additional ohmic resistor (Rg) is connected between the inverting input of the first operational amplifier (KI) and ground.

2. Quadrupole according to claim!, Characterized in that the first additional resistor (Rc) has the value